5G Release 17 und 18: 3GPP gibt Startschuss für „5G Advanced“

Der aktuelle Zeitplan sieht vor, dass die wichtigsten Arbeiten am Release 17 demnächst abgeschlossen werden; die Arbeiten am Release 18 haben bereits begonnen. (Bild: 3GPP)

Der Mobilfunkstandard 5G soll bald erneut verbessert und erweitert werden: die technischen Standards des Release 17 werden im März finalisiert, die Umsetzungsprotokolle spätestens im September 2022. Zugleich hat sich das Standardisierungsgremium noch kurz vor Jahresende auf den Arbeitsplan für das Release 18 geeignet. Die mit 5G R18 verbundenen Ergänzungen rechtfertigen nach Meinung von 3GPP einen neuen Namen: 5G Advanced.

Die Corona-Pandemie macht sich auch bei der Weiterentwicklung des Mobilfunkstandards 5G bemerkbar. Seit Treffen der Arbeitsgruppen nur mehr virtuell stattfinden können, ist es schwieriger geworden, Einigkeit in strittigen Fragen zu finden. So mussten mehr Meetings angesetzt und die Zeitpläne bereits mehrfach gestreckt werden.

Der jüngste Zeitplan für das derzeit in Arbeit befindliche Release 17 sieht die Finalisierung der technischen Spezifikationen zum Ende des ersten Quartals vor („Stage 3 Freeze“). Alle weiteren Arbeiten sollen spätestens bis September 2022 abgeschlossen sein („Protocol Coding Freeze“). Bis vor Kurzem war sogar noch Juni 2022 angepeilt. Doch kurzfristig kam noch ein wichtiges Thema auf den Tisch, dem das Standardisierungsgremium hohe Priorität einräumt. So konnte sich 3GPP mit dem indischen Pendant Telecommunications Standards Development Society India (TSDSI) darauf geeinigt, die indische 5G-Erweiterung „5Gi“ in 3GPP R17 zu integrieren. Hauptmerkmal von 5Gi ist Low Mobility Large Cell (LMLC), eine Technologie, die die Signalübertragungsreichweite einer Basisstation stark erweitert und so die Abdeckung in ländlichen Gebieten mit weniger Sendemasten zu gewährleisten.

Noch nicht einmal R16 auf dem Markt angekommen

Die Verabschiedung eines Standards ist das eine, die Umsetzung in reale Produkte ist das andere. Nach der Verabschiedung des 5G Release 16 im Juli 2020 folgten beispielsweise mit dem Snapdragon X65 und dem Mediatek M80 zwar entsprechende Chipsätze, die vollständig R16-kompatibel sind. Doch bis heute ist es um die Verfügbarkeit dieser und weiterer Modem-Chips schlecht bestellt. In der aktuellen Chipkrise werden vorrangig die Hersteller von Smartphones mit geeigneten SoCs bedient, die Entwickler von industrie-tauglichen 5G-Routern stehen bestenfalls in der zweiten Reihe. Doch zumindest im Laufe diesen Jahres sollte es eine größere Auswahl an Kommunikationsmodulen und Routern geben, die auch die Release-16-Funktionen bereits berücksichtigen. Mit der Umsetzung der Spezifikationen aus Release 17 rechnen Marktbeobachter nicht vor dem ersten Quartal 2023, eher später.

Was Release 17 bringen wird

Die Erweiterungen und Ergänzungen des 5G-Standards kommen insbesondere IoT-Anwendungen zugute. Zu nennen sind beispielsweise:

• RedCap (Reduced Capacity) für 5G-Devices mit reduzierter Kapazität, die sich zwischen hochwertigen eMBB-Diensten und den Diensten mit geringer Komplexität auf Basis von LTE-MTC und NB-IoT positionieren, mit höheren Übertragungsdaten als NB-IoT, aber geringeren Kosten als Multi-Bit-Geräte;
• Erweitertes Dynamic Spectrum Sharing, das durch Nutzung einer Sekundärzelle die Zahl der bedienbaren Endgeräte erhöht;
• Verbesserung der spektralen Effizienz und der Systemkapazität, Unterstützung für URLLC in nicht lizenzierten Frequenzumgebungen sowie Maßnahmen zur Unterstützung von Echtzeit-Netzwerken;
• Verbesserung der 5G-Positioniergenauigkeit für bestimmte Anwendungsfälle, zum Beispiel in der Fabrikautomation, auf 20 bis 30 cm, sowie eine Latenzreduzierung, um die Positionierung in zeitkritischen Anwendungsfällen zu ermöglichen und Einführung neuer Leistungsindikatoren, um Zuverlässigkeit und Integrität der Positionsfunktionen zu gewährleisten;
• Erweiterte Möglichkeiten zur Einbindung von Endgeräten in Non Public Networks (NPN), so dass Campusnetze ähnlich wie öffentliche Netzwerke genutzt werden können;
• Erkennung von Edge-Funktionen im Netzwerk, so dass dynamisch auf lokale Anwendungs- und Datenspeicherserver geroutet wird;
• Erweiterte Sidelink-Kommunikation, wie beispielsweise für V2X-Anwendungen in Fahrzeugen;
• Höhere Übertragungsgeschwindigkeiten, bessere Netzabdeckung und geringerer Energiebedarf bei Diensten für kleine Datenmengen (LTE-MTC, NB-IoT);
• Verbesserungen im Bereich Beamforming und MIMO (Multiple-Input, Multiple-Output);
• Unterstützung für Multi-SIM-Geräte;
• Broadcast- und Multicast-Dienste per 5G;
• Unterstützung für Satellitenfunk („non terrestric networks“), z.B. durch LEO-Satelliten (Low Earth Orbit);
• Ausweitung des nutzbaren Spektrums auf Frequenzen oberhalb des bislang genutzten mmWave-Bereichs (24,25 bis 52,6 GHz, „High-Band“) bis 71 GHz.

Arbeitsplan für Release 18 festgelegt

Während die Funktionen im Release 17 bereits fixiert sind und lediglich der finalen Spezifizierung harren, hat beim Nachfolgerelease 18 (R18) die Arbeit gerade erst begonnen. Nach intensiven Beratungen über mehr als ein halbes Jahr hat sich das Standardisierungsgremium nun auf einen Arbeitsplan geeinigt. Ob allerdings am Ende alle Punkte umgesetzt werden, oder einzelne Maßnahmen in das nächste Release verschoben werden, wie bereits in der Vergangenheit mehrfach geschehen, lässt sich heute noch nicht sagen.

Ein großes Thema für 5G R18 sind weitere Verbesserungen bei der Energie-Effizienz, sowohl im Bereich der Antennen wie im Bereich der Netzwerktechnik. Auch für die mit Release 17 definierten RedCap-Geräte sollen weitere Stromsparmaßnahmen und Möglichkeiten zur weiteren Kostenreduzierung gefunden werden. So wird etwa untersucht, ob Energy Harvesting genutzt werden kann.

Unter dem Stichwort National Security and Public Safety (NSPS) sind Funktionen zu verstehen, die eine zuverlässige, geschützte Kommunikation beispielsweise für Rettungsdienste zur Verfügung stellen. Mit XR sollen verschiedene Formen von Augmented-Reality- und Virtual-Reality-Diensten unterstützt werden. Des Weiteren ist der Einsatz von Künstlicher Intelligenz und Machine Learning geplant, sowohl zur Optimierung des Physical Layers als auch im Bereich der Sende- und Empfangstechnik (Radio Access Network, RAN). Und nicht zuletzt wird der Einsatz von Vollduplex-Datenübertragungen an der Basisstation, mit gleichzeitigem Senden und Empfangen über TDD-Bänder.

Die ausführliche Themensammlung zum Release 18, die quasi den Arbeitsplan für die verschiedenen Arbeitsgruppen innerhalb der 3GPP abbildet, stellt das Standardisierungsgremium auf seiner Website bereit.

Bild: 3GPP

Ab 2025 „5G Advanced“

Nach dem derzeit aktuellen Zeitplan soll die Erarbeitung der Spezifikationen für Release 18 nun starten und bis Ende 2023 abgeschlossen sein. Die Umsetzung könnte dann Ende 2024 oder Anfang 2025 erfolgen.

Den Marktstart von 5G R18 wird die Öffentlichkeit sicherlich nicht verpassen. Die Veränderungen, die sich von der ersten 5G-Spezifikation mit Release 15 bis zum Release 18 aufsummiert haben, sind für die Standardisierungsorganisation so gravierend, dass 3GPP entschieden hat, dass 5G-R18-Netze sich mit der Bezeichnung „5G Advanced“ schmücken dürfen. Auch das entsprechende Logo ist bereits fertig.